Uma das questões iniciais na utilização da radiação ionizante é como realizar uma medição de quantidades utilizando a própria radiação ou os efeitos e subprodutos de suas interações com a matéria. Desde que surgiram as primeiras preocupações com a possibilidade das radiações ionizantes induzirem detrimentos à saúde humana, apareceram os métodos de produção, caracterização e medição da radiação, bem como de definição de grandezas que expressassem com realismo a sua interação com o tecido humano.

As grandezas para as radiações ionizantes estão separadas em três categorias principais: grandezas físicas, grandezas de proteção e grandezas operacionais.

• As grandezas físicas são aquelas grandezas que podem ser medidas, descrevem qualitativamente e quantitativamente as propriedades observadas dos fenômenos físicos.
• As grandezas de proteção são utilizadas para quantificar o risco da exposição do homem à radiação ionizante, mas não podem ser medidas com um equipamento.
• As grandezas operacionais podem ser medidas e usadas para estimar o risco da exposição do homem à radiação ionizante, viabilizando a dosimetria externa.

Além das grandezas apesentadas na classificação acima podemos incluir a grandeza exposição como uma grandeza física e adicionarmos a  classificação as grandezas de radioatividade que são grandezas associadas com as transformações que ocorrem em materiais radioativos destacando a grandeza atividade.

 Grandezas físicas

Fluência (Φ)

Grandeza radiométrica definida pelo quociente de dN por da , onde dN e o numero de partículas ou fótons incidentes em uma esfera infinitesimal com área de seção reta perpendicular ao feixe da. A unidade de fluência é m^-2.

Fluência de energia (Ψ)

Onde dR é a energia radiante incidente em uma esfera infinitesimal de seção reta da . Para um campo monoenergético:

As grandezas escalares fluência e fluência de energia são relevantes na determinação da grandeza kerma.

Exposição (X)

É o quociente entre dQ por dm, onde dQ é o valor absoluto da carga total de íons de um dado sinal, produzidos no ar, quando todos os elétrons (negativos e positivos) liberados pelos fótons no ar, em uma massa dm, são completamente freados no ar.

Por ser necessário conhecer a massa do volume de material e de coletar “toda” a carga, a medição só é factível numa câmara de ionização. Esta grandeza só pode ser definida para o ar e para fótons X ou gama. A unidade especial da grandeza Exposição é Röntgen (R) que é relacionado com a unidade do SI por: 1 R = 2,58x10^-4 [C.kg^-1]

Dose absorvida (D)

Representa a energia média (dE) depositada pela radiação ionizante na matéria de massa dm, num ponto de interesse. Essa grandeza vale para qualquer meio, para qualquer tipo de radiação e qualquer geometria de irradiação. A unidade especial da grandeza dose absorvida é o rad (radiation absorved dose) que é relacionado com a unidade do SI por: 1 Gy = 100 rad = 1 J/kg.

Kerma (K)

É o quociente dE_tr por dm, onde dE_tr é a soma de todas as energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas liberadas por partículas neutras ou fótons, incidentes em um material de massa dm. o A grandeza kerma ocorre no ponto de interação do fóton e a dose absorvida ocorre ao longo da trajetória do elétron. A grandeza kerma está relacionada a fluência de energia por meio do coeficiente transferência de energia em massa (μ_tr / ρ) .

O kerma inclui a energia recebida pelas partículas carregadas, normalmente elétrons de ionização, estes podem dissipá-la nas colisões sucessivas com outros elétrons, ou na produção de radiação de frenagem (bremsstrahlung), assim K = K_c + K_r onde K_c = kerma de colisão, quando a energia é dissipada localmente, por ionizações e/ou excitações, e K_r = kerma de radiação, quando a energia é dissipada longe do local, por meio dos raios X.

A diferença entre kerma e dose absorvida, é que esta depende da energia média absorvida na região de interação (local) e o kerma, depende da energia total transferida ao material. Isto significa que, do valor transferido, uma parte é dissipada por radiação de frenagem, outra sob forma de luz ou raios X característicos.

 Grandezas de proteção

Nas grandezas de proteção estão incluídas a dose equivalente no tecido ou órgão H_T e a dose efetiva E, que são usadas nas recomendações para limitar a dose no tecido ou órgão no primeiro caso, e no corpo todo, no segundo caso. Essas grandezas não são práticas, por não serem mensuráveis, mas podem ser avaliadas por meio de cálculo se as condições de irradiação forem conhecidas. Os fatores de ponderação da radiação e de tecido para essas grandezas são respectivamente, o w_R e o w_T. A unidade de ambas é o sievert (Sv).

Dose Equivalente (H_T)

É o valor médio da dose absorvida D_T,R num tecido ou órgão T, obtido sobre todo o tecido ou órgão T, devido à radiação R. onde wR é o fator de peso de cada radiação R que permite converter a dose absorvida D_T,R no tecido T, em dose equivalente no tecido T, devido à radiação do tipo R. A unidade especial da grandeza dose equivalente é o rem (röntgen equivament man) que é relacionado com a unidade do SI por: 1 Sv = 100 rem = 1 J/kg. (Okuno e Yoshinura,2010)

Dose efetiva (E)

É a soma ponderada das doses equivalentes em todos os tecidos ou órgãos do corpo. Onde w_T é o fator de peso para o tecido T e H_T é a dose equivalente a ele atribuída. Os fatores de ponderação de tecido ou órgão w_T são relacionados com a sensibilidade de um dado tecido ou órgão à radiação, no que concerne à indução de câncer e a efeitos hereditários. (Okuno e Yoshinura,2010)

Grandezas Operacionais

As grandezas de proteção utilizadas para limitar dose, não são mensuráveis. Como é possível, então, saber se um IOE está com suas doses dentro dos limites estabelecidos?

Para correlacionar essas grandezas não mensuráveis com o campo de radiação, a ICRU e a ICRP introduziram as grandezas operacionais para medidas de exposição à radiação externa. As duas principais grandezas introduzidas são o equivalente de dose pessoal, HP(d), e o equivalente de dose ambiente, H*(d), à profundidade d, para os casos de irradiação com fontes externas ao corpo. 

Equivalente de dose ambiente H*(d)

O equivalente de dose ambiente H*(d) é usado, para avaliar a exposição ocupacional quando as pessoas que estão num dado ambiente podem não utilizar monitores individuais. A grandeza H*(d) é utilizada pela portaria 453/98, no controle de área de serviços, para verificar a conformidade com os níveis de restrição de dose em monitoração de área. A grandeza H*(d) pode ser obtida pelo produto da dose absorvida em um ponto pelo fator de qualidade Q da radiação, correspondendo ao que seria produzido em uma esfera de tecido equivalente de 30 cm de diâmetro, na profundidade d.

• H*(d) = Q . D (na profundidade d)

• Equivalente de dose pessoal H_P(d)

O equivalente de dose pessoal H_P(d) é uma grandeza para monitoração individual externa. A grandeza H_P(d) é obtida pelo produto da dose absorvida em um ponto, na profundidade d do corpo humano, pelo fator de qualidade Q da radiação neste ponto. Deve-se medir H_P(10 mm) dose equivalente no cristalino e H_P(7 mm) na pele e nas extremidades.

O valor de H_P(d) é obtido por meio do monitor individual que o IOE utiliza no local do corpo representativo da exposição, geralmente no tórax.O valor obtido deve fornecer uma estimativa conservadora da dose efetiva. A unidade de H_P(d) é o sievert (Sv). (Okuno e Yoshinura, 2010)

• H_P(d) = Q . D

Dose individual (HX) - Photon Dose Equivalent

As calibrações de monitores individuais em H_P(d) precisam ser feitas em simuladores (cilindro da ICRU). Coeficientes de conversão tabelados são usados para converter, em condições padronizadas, o valor do kerma no ar (fótons). A grandeza H_X é atualmente usada no Brasil para monitoração individual externa de corpo inteiro, pois não necessita de simuladores para a calibração dos dosímetros (monitores) individuais, que são calibrados livres no ar. O fator de conversão (f = 1,14 Sv/Gy para kerma no ar) independe da energia. É uma boa estimativa da dose efetiva.

• H_X = K_ar . f

Grandeza Atividade (A)

A atividade de um material radioativo é o número de transformações nucleares por unidade de tempo. Onde N é o número de núcleos radioativos contidos na amostra ou material. A unidade, Becquerel (Bq), corresponde a uma transformação por segundo, ou s^-1. A unidade antiga, Curie (Ci) = 3,7 . 10¹⁰ Bq, ou ainda 1 Ci = 37 GBq. Meia vida (T_1/2) é o tempo necessário para termos no material radioativo exatamente a metade do número inicial de átomos excitados.

Múltiplos e Submúltiplos das unidades de atividade

Resumo das Grandezas

Referência bibliográfica

Okuno, Emiko e Yoshinura, Elisabeth - Física das Radiações - 2010